Фамилия Валаев чаще всего ведет начало от названия реки Валай в Пермском крае. Выходец с берегов этой реки, скорее всего, и стал основателем рода. Название реки имеет финно-угорские корни: предположительно, основа «вал-» означает «светлый». Таким образом, фамилия буквально указывает на место жительства предка — человека, которого могли прозвать Валаем по названию реки.

Словообразовательная модель здесь проста: к основе Валай добавился типичный русский суффикс принадлежности -ев, образующий фамилии от прозвищ или топонимов. Эта модель широко распространена в центральной России и Поволжье.

Есть и вторая, менее вероятная версия, которую тоже стоит упомянуть. В тюркских языках существует имя Вала, восходящее к арабскому «вали» — «святой», «покровитель». В этом случае фамилия Валаев могла возникнуть от имени Вала с тем же суффиксом -ев, указывая на потомка человека по имени Вала. Однако география фамилии — её заметная концентрация на Урале и в Прикамье — склоняет чашу весов в пользу первой, «речной» версии.

Примечательно, что фамилия Валаев — не единственная в этом ряду. Однокоренные Валайчук, Валайкин, Валайцев встречаются реже, но все они восходят к той же основе — либо к имени Валай, либо к названию реки. Валаев же остаётся самой распространённой формой, что типично для фамилий, образованных в XVII–XIX веках в русскоязычной среде.

Сословная принадлежность Валаевых не зафиксирована единообразно: среди носителей встречались как государственные крестьяне, так и мещане. В архивных записях по Пермской губернии фамилия фигурирует с конца XVIII века, что совпадает с периодом активного заселения Прикамья и формирования фамилий у местного населения.